DE2851347A1

DE2851347A1 - HIGH PRESSURE SODIUM VAPOR DISCHARGE LAMP

Info

Publication number: DE2851347A1
Application number: DE19782851347
Authority: DE
Inventors: Cornelis Adrianus Joann Jacobs; Peter Andreas Walthe Tielemans
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-11-28
Publication date: 1979-06-07
Also published as: IT7830353A0; GB2012104A; NL177455C; NL177455B; JPS5485576A; FR2410877A1; ES475553A1; DE2851347C3; GB2012104B; HU179568B; NL7713348A; US4420708A; FR2410877B1; DE2851347B2; CA1121854A; IT1100406B; BE872450A

Description

16.9.1978 / PHN 8973September 16, 1978 / PHN 8973

"Hochdrucknatriumdampfentladungslampe""High pressure sodium vapor discharge lamp"

Die Erfindung betrifft eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe mit einem keramischen Lampenkolben, der mit einer Gasfüllung aus Natrium, Quecksilber und Edelgas gefüllt ist und Elektroden aufweist, die an ihren froine Enden mit Wolframdraht umwickelt sind, wobei die von den Wolframdrahtwindungen gebildeten Hohlräume mit einem Elektronenemitter gefüllt sind, der sauerstoffgebundene Erdalkalimetalle und sauerstoffgebundenes Wolfram enthält. Bei derartigen Lampen besteht der Lampenkolben aus einem hoch— temperaturfesten Oxyd, häufig aus polykristallinem Aluminiumoxyd oder aus monokrlstallinem Aluminlumoxyd (Saphir).The invention relates to a high-pressure sodium vapor discharge lamp with a ceramic lamp bulb, which with a gas filling made of sodium, mercury and noble gas and has electrodes at their froine ends are wrapped with tungsten wire, with those of the tungsten wire turns The cavities formed are filled with an electron emitter, the oxygen-bound alkaline earth metals and contains oxygen-bound tungsten. With such In lamps the lamp bulb consists of a high temperature resistant oxide, often of polycrystalline aluminum oxide or of monocrystalline aluminum oxide (sapphire).

Aus dei* US-PS 3 708 710 sind Hochdruckentladungslampen dieser Art bekannt, deren Emitter k3 bis 5^ Mo 1$ BaO¹, 20 bis 30 MoI^ W0„ enthält. Bevorzugt wird ein innerhalb dieses Bereiches liegender Emitter, in dem sich BaO, CaO und W0„ wie 1,9:1:1 bis 2,1:1:1 verhalten, ausgedrückt in gMol, insbesondere Ba₂CaWO,, worin BaO:CaO:WO, = 2:1:1 ist. Umgerechnet auf das Verhältnis der Gesamtmenge an Erdalkalioxyden in gMol ( £mo) und an Woiframoxyd in gMol (¥0„) hatFrom dei * US-PS 3,708,710 are high pressure discharge lamps of this type are known whose emitter contains k3 to 5 Mo ^ 1 $ ¹ BaO, 20 to 30 MoI ^ W0 ". An emitter located within this range is preferred, in which BaO, CaO and WO "behave like 1.9: 1: 1 to 2.1: 1: 1, expressed in gMol, in particular Ba ₂ CaWO" where BaO: CaO : WHERE, = 2: 1: 1. Converted to the ratio of the total amount of alkaline earth oxides in gMol (£ mo) and Woiframoxyd in gMol (¥ 0 “) has

^2(J der bekannte Emitter eine Zusammensetzung von ^{2 (J} the well-known emitter has a composition of

Ζ,Ί 4 ^äM0/W0_o έ 3,7, vorzugsweise 2,9^^M°/W0 έ 3,1, j n.sh iSOJiderc '" / lv^r0„ - 3· Ζ, Ί 4 ^äM0 / W0 _o έ 3.7, preferably 2.9 ^ ^M ° / W0 έ 3.1, j n.sh iSOJiderc '"/ lv ^r 0" - 3 ·

Es hat sich herausgestellt, dass bei manchen Typen ~von ilochdruckjia triunidcimpf ent-laduriysl aniijen mit einem d erartigenIt has been found that in some types of hypertension jia triunid vaccine ent-laduriysl aniijen with a d like

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16..9.78. ' Xj PHN 897316.9.78. 'Xj PHN 8973

Emitter, der Erdalkalimetalloxyde und Wolframoxyd in nahezu stöchiometrischem Verhältnis enthält, die Lampenspannung mit ansteigender Brennstundenzahl ansteigt, wodurch die Lampe frühzeitig erlischt. Dies geschieht insbesondere bei Verwendung u.a. von Neon/Argon-Mischungen als Startgas • und auch bei Anwendung hoher Quecksilber/Natriumverhältnisse, beispielsweise bei Quecksilber/Natriumverhältnissen über k/l (Gew./Gew.). Diese Erscheinung wird umso grosser, je weiter die Leistung einer Lampe unter 400 V liegt und wenn '" in einer Lampe zwei oder drei dieser Faktoren eine Rolle spielen.Emitter, which contains alkaline earth metal oxides and tungsten oxide in an almost stoichiometric ratio, the lamp voltage increases with increasing number of burning hours, whereby the lamp goes out prematurely. This happens especially when using neon / argon mixtures as starting gas, among other things, • and also when using high mercury / sodium ratios, for example with mercury / sodium ratios above k / l (w / w). This phenomenon becomes greater the further the output of a lamp is below 400 V and if two or three of these factors play a role in a lamp.

Die Lampen, die durch den Anstieg der Lampenspannung das Ende ihrer Lebensdauer erreichten, weisen einen stark angeschwärzten Lampenkolben auf.The lamps that have reached the end of their service life due to the increase in lamp voltage have a strong appearance blackened lamp bulb.

'° Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hochdruck— natriumdanipf entladungslampen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine erheblich längere Lebensdauer haben.The invention is based on the object of high pressure To create sodiumdanipf discharge lamps of the type mentioned, which have a significantly longer service life.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Emitter als sauerstoffgebundene Erdalkalimetalle Barium, Strontium und Kalzium enthält und das Molarverhältnis der GesamtiTiange dieser sauerstoffgebundenen Erdalkalimetalle zum sauerstoffgebundenen Wolfram zwischen 8 und 50 liegt.According to the invention, this object is achieved by that the emitter as oxygen-bound alkaline earth metals Contains barium, strontium and calcium and the molar ratio of the total length of these oxygen-bound alkaline earth metals to oxygen-bound tungsten is between 8 and 50.

Es ist bemerkenswert, dass mit diesen Lampen, deren •Emitter sauerstoffgebundene Erdalkalimetalle und sauerstoff-■ gebundenes Wolfram in einem Verhältnis enthält, das mehrere Male grosser als das stöchiometrische Verhältnis ( <$M0/W0, =3) ist, eine Lebensdauer erreicht wird, die erheblich langer ist als die von Lampen.mit Emittern mit einem stöchiometrischen Verhältnis,It is noteworthy that with these lamps, their • emitter oxygen-bound alkaline earth metals and oxygen- ■ contains bound tungsten in a ratio that is several times greater than the stoichiometric ratio (<$ M0 / W0, = 3) is, a service life is achieved which is considerably longer than that of lamps. with emitters with a stoichiometric Relationship,

Dies ist umso bemerkenswerter, als in der US-PS 3 708 von Emittern, deren Verhältnis (BaO +CaO)/WO„ grosser als 3>7 ist, gesagt wird, dass sie eine zu hohe Verdampfungsgeschwindigkeit, haben. This is all the more remarkable as in U.S. Patent 3,708 of emitters whose ratio (BaO + CaO) / WO is “greater when 3> 7, they are said to have too high an evaporation rate.

Obgleich es im Hinblick auf die Vermeidung eines starkenAlthough it is with a view to avoiding a strong

Anstiegs der Lampenspannung wünschenswert ist, dass der Emitter wenig sauers f.cf !'gebundenes WollVamoxyd enthält, hat diese Komponente einen vortoJ!haften Effekt auf die HaftungThe increase in lamp voltage is desirable that the Emitter contains little acidic f.cf. this component has a beneficial effect on adhesion

:'■■ 909823/0701: '■■ 909823/0701

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7' Pi K 1 7 'Pi K 1

des Emitters an der Elektrode» Vorzugsweise liegt das Molarverhältnis der Gesamtmenge des sauerstoffgebundenen Erdalkalimetalle zum sauerstoffgebundenen Yolfram zwischen 8 und 35· Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Anstieg der Bogenspannung die Folge des Verschwindens von Natrium aus der Gasfüllung ist. Mit von der Elektrode herrührenden, auf der ¥and des Lampenkolbens abgelagertem Wolfrainat und dem ¥andmaterial kann Natrium nämlich zu einer stabilen Verbindung reagieren. Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der Niederschlag von ¥olframat auf die Wand des Lampenkolbens durch Herabsetzung des Gehalts des Emitters an sauerstoffgebundenem Wolfram stark vermindert werden kann.of the emitter on the electrode »Preferably the molar ratio is the total amount of oxygen-bound alkaline earth metals to oxygen-bound tungsten between 8 and 35 The invention is based on the knowledge that the increase in arc voltage is the result of the disappearance of Sodium is from the gas filling. With from the electrode and deposited on the ¥ and of the lamp bulb Wolfrainat and the ¥ andmaterial can namely become one stable connection. Furthermore, the invention is based on the knowledge that the precipitate of ¥ olframat on the wall of the lamp bulb by reducing the content of oxygen-bound tungsten in the emitter can be.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Molarmenge sauerstoffgebundenen Bariums und Strontiums im Emitter mindestens 1 ,'5mal grosser als die Molarmenge sauerstoffgebundenen Kalziums im Emitter.In a preferred embodiment, the molar amount is oxygen-bound barium and strontium in the emitter at least 1.5 times greater than the molar amount of oxygen-bound Calcium in the emitter.

Der Emitter kann auf verschiedene Weise angebracht werden. Die Elektroden können in eine Suspension des Emitters, beispielsweise in Methylalkohol oder Butylazetat eingetaucht werden, denen noch ein Bindemittel, wie beispielsweise Nitrozellulose, zugesetzt- sein kann» Nachdem das Suspensionsmittel verdampft ist, wird überflüssiger Emitter von der Elektrode entfernt.The emitter can be attached in a number of ways. The electrodes can be in a suspension of the Emitter, for example in methyl alcohol or butyl acetate be immersed, which still have a binder, such as Nitrocellulose, can be added »After the suspending agent has evaporated, it becomes superfluous Emitter removed from the electrode.

Der Emitter kann aber auch auf der Elektrode hergesiellt werden. Die Elektrode wird dabei mit einer Suspension von Erdalkaliperoxyden, Erdalkalihydroxyden, Erdalkalikarbonaten, Erdalkaliformiatexi oder sonstigen Salzen, die bei Erhitzung Oxyde ergeben, oder mit einer Suspension von Erdalkalioxyden und anderen der erwähnten Erdalkaliverbindungen versehen. Nach der Verdampfung des Suspensionsmittels kann die Elektrode leicht von einem Überschuss des Stoffes befreit werden. Die Elektroden werden dann erhitzt, um die Erdalkaliverbindungen in Oxyde umzusetzen. Werden dabei oxydi er ende Gase frei, wie Koh ;i ejtidi oxy d bei Verwendung von Karbonaten, so tritt eine Oxydation der Wolframdrahtwinduiigen der Elektrode auf, wodurch oxydiertes Wolfram in das Eniittermaterial gelangt. Die benutzte Suspension kann jedochThe emitter can, however, also be produced on the electrode will. The electrode is coated with a suspension of alkaline earth peroxides, alkaline earth hydroxides, alkaline earth carbonates, Alkaline earth formatexi or other salts that, when heated Oxides result, or provided with a suspension of alkaline earth oxides and other of the mentioned alkaline earth compounds. After evaporation of the suspending agent, the electrode can easily be freed from an excess of the substance will. The electrodes are then heated to convert the alkaline earth compounds into oxides. Are thereby oxydi he ends up freeing gases, such as Koh; i ejtidi oxy d when using Carbonates, oxidation of the tungsten wire windings occurs the electrode, whereby oxidized tungsten gets into the emitter material. However, the suspension used can

80SÖ23/070180SÖ23 / 0701

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auch bereits Wolframöxyd oder ein Wolframat enthalten.also already contain tungsten oxide or a tungstate.

Durch Erhitzung der· Elektroden nach dem Trocknen wird, eine gute Haftung des Emitters an der Elektrode erreicht und werden Salze und Hydroxyde in Oxyde umgewandelt. In der Regel wird zehn bis einige zehn Minuten bei 85O bis " 1350^oC erhitzt,By heating the electrodes after drying, good adhesion of the emitter to the electrode is achieved and salts and hydroxides are converted into oxides. As a rule, heating is carried out for ten to a few tens of minutes at 85O to "1350 ^o C,

Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Lampen werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention lamps are explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe in Seitenansicht,1 shows a high-pressure sodium vapor discharge lamp in Side view,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ende eines Lampenkolbens' einer Hochdrucknatriumdampfentladungslampe.2 shows a longitudinal section through one end of a lamp bulb a high pressure sodium vapor discharge lamp.

In Fig. .1 ist in einem gläsernen Aussenkolben 1 , der mit einem Lampensockel 2 ausgerüstet ist, ein rphrförmiger Kolben 3 aus keramischem Material zwischen Stromzuleitern k und 5 angeordnet. Niobbuchsen 6 und J leiten den Strom durch die ¥and des Lampenkolbens zu den Elektroden. Der Stromzuleiter 5 ragt mit Spiel in die Niobbuchse.6. Ein guter elektrischer Kontakt zwischen beiden wird durch einen Litzendraht 8 gewährleistet.In Fig. 1, a tubular bulb 3 made of ceramic material between current leads k and 5 is arranged in a glass outer bulb 1, which is equipped with a lamp base 2. Niobium sockets 6 and J conduct the current through the ¥ and of the lamp bulb to the electrodes. The current lead 5 protrudes into the niobium socket with play. 6. A good electrical contact between the two is ensured by a stranded wire 8.

Im Aussenkolben 1 herrscht Vakuum, das durch das aus dem Hing 9 verdampfte Bariumgetter auf Niveau gehalten wird.In the outer piston 1 there is a vacuum which is kept at the same level by the barium getter evaporated from the Hing 9.

Um den Lampenkolben 3 ist ein Draht 10 gewickelt, dar über einen Bimetallschalter 11 mit dem Stromleiter k in Verbindung steht. Der Draht 10 ist ein Hilfsmittel zum Zünden der Lampe. Sobald der Schalter 11 durch das Brennen der Lampe erwärmt worden ist, wird die Verbindung zum Draht 10 unterbrochen.A wire 10 is wound around the lamp bulb 3 and is connected to the current conductor k via a bimetal switch 11. The wire 10 is an aid for igniting the lamp. As soon as the switch 11 has been heated by the burning of the lamp, the connection to the wire 10 is interrupted.

In Fig. 2 ist der Lampenkolben 3 an seinem Ende mit einem King 15 aus Keramik geschlossen. Die Niobbuchse 6 ragt durch den Ring 15 und ist mit ihm mittels eines Schmelzverbindungsmaterials 16 verbunden. An die Buchse 6 ist eine Wolframelelefcrode 17 angeschweisst, auf der Wolframdraht 18 gewickelt ist. In den Hohlräumen, die die Windungen bilden, -befindet sich ein Emitter 10. Beispiel In Fig. 2, the lamp bulb 3 is closed at its end with a King 15 made of ceramic. The niobium bushing 6 protrudes through the ring 15 and is connected to it by means of a fusion connection material 16. A tungsten electrode 17 is welded to the socket 6, on which tungsten wire 18 is wound. An emitter 10 is located in the cavities that form the turns. Example

In einem konkreten Fall hatte der Lampenkolben einen Innendurchmesser von"7,8 mm und eine Länge von I03 mm. DerIn one specific case, the lamp bulb had one Inside diameter of "7.8 mm and a length of 103 mm. The

3/07013/0701

16.9.78. ' yOf PHN 8973.16.9.78. ' yOf PHN 8973.

Abstand zwischen den Spitzen der Elektroden betrug 78 ram. An jeder der Elektroden war in den Hohlräumen der Drahtwind.ungen 10 mg Emitter angebracht. Der Lampenkolben enthielt 35 mg Natriumamalgam mit einem Quecksilbergehalt von 89 Gew$ und Neon mit 1 Volumen^ Argon bei einem Druck von . 20 Torr bei Raumtemperatur.The distance between the tips of the electrodes was 78 ram. 10 mg of emitter was attached to each of the electrodes in the cavities of the wire windings. The lamp bulb contained 35 mg sodium amalgam with a mercury content of 89 wt $ and neon with 1 volume ^ argon at a pressure of . 20 torr at room temperature.

Die Lampe nahm im Betrieb eine Leistung von 360 ¥ auf. Derartige Lampen mit Emittern verschiedener Zusammensetzung wurden nach dem Schema: 515 Stunden ein, 0,5 Stunde aus, betrieben. Es hat sich herausgestellt,'dass nach diesem Versuchsschema die Lampen das Ende ihrer Lebensdauer früher erreichten als bei Anwendung des Schemas 0,5 Stunde ein, 0,5 Stunde aus, oder bei kontinuierlichem Brennen.The lamp consumed ¥ 360 during operation. Such lamps with emitters of different composition were operated according to the scheme: 51 on for 5 hours, off for 0.5 hour. It has been found that, according to this test scheme, the lamps reached the end of their service life earlier than when the scheme was used for 0.5 hour on, 0.5 hour off, or with continuous burning.

Nachstehende Tabelle zeigt das Versuchsergebnis von Lampen mit verschiedener Emitterzusammensetzung im Vergleich zu dem identischer Lampen mit Ba₃CaWO/- als Emitter.The table below shows the test results of lamps with different emitter compositions in comparison with identical lamps with Ba ₃ CaWO / - as the emitter.

Emitter η
£MO/WO- Ba/Sr/Ca|MolEmitter η
£ MO / WO- Ba / Sr / Ca | Mol 2525th 1515th BaBa !0! 0 35,6/31,3/3335.6 / 31.3 / 33 ,0, 0 2000
Stnd2000
Stnd 'Ί a
3OOO
Stnd. 'Ί a
3OOO
Stnd. 5000
S bnd.5000
S bnd. 7000 st7000 st .+24. + 24 Lm/W χ Lm / W χ 20
9,5 20th
9.5 +6+6 + 10+ 10 + 10+ 10 9898 34/31,8/34,134 / 31.8 / 34.1 —2—2 +2+2 +6+6 7000 st7000 st .+6. + 6 9494 1717th +8+8 + 18+ 18 + 11+ 11 6100 st6100 st 8282 30,2/29,3/3130.2 / 29.3 / 31 ,5, 5 -ί-11-ί-11 + 10+ 10 + 23+ 23 9393 • 8,5• 8.5 +8+8 + 2+ 2 + 12+ 12 9292 39,4/28,7/3139.4 / 28.7 / 31 ,8,8th -1-1 -1-1 +7+7 8989 +3+3 OO + 2+ 2 8888 ₂CaWO₆ ₂ CaWO ₆ +7·+ 7 +6+6 + 19+ 19 8888 + 26+ 26 +31+31 9090 +32+32 JO OCXEtJO OCXEt 9292

χ Lm/W gemessen zum letzten Zeitpunkt, zu dem ÄV gemessenχ Lm / W measured at the last point in time when ÄV was measured

1 a1 a

wurde.
AV : Änderung der Lampenspannung in bezug auf die Lampen-became.
A V: Change in lamp voltage in relation to the lamp

spannung nach 100 Stunden.
Beispiele νοτι .Emittern sind weitei·:voltage after 100 hours.
Examples of emitters are wide:

16.9.78.16.9.78.

PHN 8973 285134?PHN 8973 285134?

%.M0/¥0 · Mol/Mol% .M0 / ¥ 0 · mol / mol Ba/Sr/Ca C^Mol3Ba / Sr / Ca C ^mole 3 ■ 30,6/32,4/36,9■ 30.6 / 32.4 / 36.9 3030th 32,5/31,V36,132.5 / 31, V36.1 8,18.1 32,6/29,6/37,832.6 / 29.6 / 37.8 9,19.1 33,0/29,0/38,033.0 / 29.0 / 38.0 2727 38,5/27,9/33,538.5 / 27.9 / 33.5

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2020th 2525th 3030th

«09823/0701«09823/0701

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Claims

NV, Philips ¹ Giö ::! -: ^ -.;! -: - / :: · - .. -, Ίν « _π

9/16/78 / PHN 8973

PATENT CLAIMS

1 J high pressure sodium vapor discharge lamp with a vacuum tight ceramic lamp bulb, which is filled with a gas filling made of sodium, mercury and noble gas and Has electrodes which are wrapped at their free ends with tungsten wire, the of the Wolframdr-ahtwindungen formed cavities are filled with an Elektrouenemitter, the oxygen-bound alkaline earth metals and oxygen-bound Volfram contains, characterized in that the emitter, as oxygen-bound alkaline earth metals, is barium,

XQ strontium and calcium and having the molar ratio ^of: total amount of these alkaline earth metals is sauerstoffgebiindenen to the oxygen-bound tungsten between 8 and 50.

2. High pressure sodium vapor discharge lamp according to claim 1, characterized in that the molar ratio of the total amount of oxygen-bound alkaline earth metals to the oxygen-bound Volfram is between 8 and 35.

909823/0701909823/0701

ORIGINAL